一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件及其预制方法与流程

本发明涉及脱粘缺陷制备技术领域，尤其涉及一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件及其预制方法。

背景技术：

热喷涂涂层广泛应用在工程结构和机械零件表面，起到防腐、耐磨、隔热等功能。在服役过程中，涂层受到外力载荷、腐蚀环境、热疲劳等作用，会在涂层-基体界面处产生脱粘，如果脱粘区域发展扩大，则会导致涂层脱落。在工程检测和科学研究过程中，要制备真实的脱粘缺陷标准试样难度很大，因为脱粘区域的大小和形状无法控制。

因此，目前采用人工脱粘缺陷模拟真实的脱粘缺陷，制备一定尺寸的人工脱粘缺陷目前主要有以下两种方法：第一种是，如图1所示，包括涂层1和基体2，在基体2的非涂层端开设平底盲孔3，用平底盲孔3代替人工脱粘缺陷，一般是在喷涂后采用钻头或点火花加工去除基体2部分，留下涂层1部分，形成一个平底盲孔模拟脱粘缺陷；另外一种方法是，如图2所示，包括涂层1、基体2、石英粉4和填充棒材5，喷涂以后采用电火花加工去除基体2部分并填充石英粉4和填充棒材5制备人工脱粘缺陷。

但是，上述两种制备人工脱粘缺陷的方法有如下不足：

平底洞试样：用于模拟热喷涂涂层脱粘缺陷的平底盲孔往往采用在板材表面喷涂后从基体另一面钻孔或电火花加工的方式得到。该方法得到的盲孔缺陷由于基体部分完全是空气，无法反应真实的脱粘缺陷基体部分导热规律。

电火花加工脱粘缺陷：采用电火花加工基体缺陷的方式避免了平底洞的一些缺陷，但其应用范围仍然受到局限。第一，电火花加工方法去除大量的基体材料效率低成本高；第二，在加工过程中试样需浸泡在有水的工作液中，如果涂层或基体材料为铁基或镁基合金等易腐蚀材料，则与工作液接触的界面会受到腐蚀；第三，脱粘孔隙制备后，采用预先加工好的填充棒材插入盲孔，以使其导热规律与真实缺陷相近。但填充棒材与盲孔的紧密配合程度难以控制，配合间隙过小，则填充棒材插入盲孔难度大；配合间隙大，则插入后不能保证填充棒材与盲孔紧密配合。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的第一目的是：提供一种结构简单、生产成本低且能有效提高试件制备效率及试验结果可靠性的热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法，以解决现有的预制方法存在的结构复杂、生产成本高及难以控制棒材与盲孔的紧密配合程度，进而导致不能真实反映脱粘缺陷导热规律的问题。

本发明的第二目的是：提供一种结构简单、生产成本低且能有效提高试件制备效率及试验结果可靠性的热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件，以解决现有的试件存在的结构复杂、生产成本高及难以控制棒材与盲孔的紧密配合程度，进而导致不能真实反映脱粘缺陷导热规律的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括如下操作步骤：

对基体加工出所需直径的通孔，并在所述通孔的内壁设有内螺纹；

对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与所述通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在所述填充棒材的外表面设有与所述内螺纹配合使用的外螺纹；

将所述填充棒材旋转拧入所述通孔内，并使得所述填充棒材的拧入端的端面与所述基体的外表面齐平，以形成一个完整的平面；

对所述平面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层；

将所述填充棒材从其拧出端拧出，使得所述填充棒材的拧入端与所述涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷。

其中，在所述将所述填充棒材旋转拧入所述通孔内之前，还包括：在所述填充棒材的外螺纹上涂覆有导热硅胶层。

其中，所述填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将所述填充棒材从所述通孔中拧出。

其中，所述喷涂的方式包括：火焰喷涂或电弧喷涂或等离子喷涂。

其中，所述涂层为合金涂层或陶瓷涂层或合金-陶瓷涂层。

其中，所述对所述平面进行喷砂处理包括：通过喷砂装置利用压缩空气为动力，用形成的高速喷射束将喷料喷射在所述平面上。

其中，所述喷料包括：石英砂、钢砂、铜矿砂、玻璃砂、陶瓷砂中的一种或多种组合。

其中，所述基体及所述填充棒材均采用45号钢制成。

本发明还提供了一种采用所述的热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法制备得到的脱粘缺陷试件，包括基体、涂层及填充棒材，所述基体设有通孔，所述通孔的内壁设有内螺纹，所述填充棒材的外表面设有外螺纹，所述填充棒材通过所述通孔与所述基体螺纹连接；所述填充棒材拧入所述通孔后，所述填充棒材的拧入端与所述基体的外表面共同限定出一个完整的平面，所述涂层喷涂在所述平面上。

其中，所述填充棒材的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔，以便于将所述填充棒材从所述通孔中拧出。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供了一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括如下操作步骤：对基体加工出所需直径的通孔，并在通孔的内壁设有内螺纹；对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在填充棒材的外表面设有与内螺纹配合使用的外螺纹；将填充棒材旋转拧入通孔内，并使得填充棒材的拧入端的端面与基体的外表面齐平，以形成一个完整的平面；对平面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层，最后将填充棒材从其拧出端拧出，使得填充棒材的拧入端与涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷，采用本申请提供的制备方法，人工缺陷的导热规律与真实脱粘缺陷更加接近，其导热效果与参考文献中所述人工脱粘缺陷相似，可靠性强。在喷涂之前，通过在基体中制备通孔并填充填充棒材，避免了喷涂后将涂层与基体界面浸入水质工作液，缩短了制备工序，降低了生产成本；同时采用螺纹结构实现填充棒材与通孔相结合，大大降低通孔与填充棒材的配合难度，结构简单，装配简便，配合紧密性好且加工成本低；另外，只需通过螺纹结构旋转填充棒材即可实现人工模拟缺陷深度的任意调节，操作简便，利于提高试验检测效率。

附图说明

图1是现有技术中用平底盲孔代替人工脱粘缺陷的试件的示意图；

图2是现有技术中用填充石英粉和合金棒材制备的人工脱粘缺陷的试件的示意图；

图3是本发明实施例中热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件在喷涂前的结构示意图；

图5是本发明实施例中热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件在喷涂后且将填充棒材部分拧出通孔的结构示意图；

图6是本发明实施例中热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的脱粘缺陷中心温度与平底盲孔脱粘缺陷、以及真实脱粘缺陷的中心温度对比图。

图中：1：涂层；2：基体；3：平底盲孔；4：石英粉；5：填充棒材；6：通孔；7：外螺纹；8：扳手孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明实施例提供了一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法，具体包括如下操作步骤：

s1、对基体2加工出所需直径的通孔6，并在通孔6的内壁设有内螺纹；其中，通孔6的直径根据预制缺陷的直径大小确定。

s2、对预备的且与基体2同质的材料进行加工，制备与通孔6的尺寸相匹配的填充棒材5，并在填充棒材5的外表面设有与内螺纹配合使用的外螺纹7，外螺纹7的螺纹规格与内螺纹的螺纹规格相同；

具体地，填充棒材5与基体2的材质相同，且填充棒材5用于填充基体2上的通孔6；其中，填充棒材5的外螺纹7通过与通孔6的内螺纹配合连接，以实现填充棒材5与基体2的紧密配合，采用螺纹连接这种方式，有效降低了通孔6与填充棒材5的配合难度，结构简单，装配简便，配合紧密性好且加工成本低，也利于提高制备效率；且通过螺纹结构旋转填充棒材5可以实现人工模拟缺陷深度的任意调节，操作简便，利于提高试验检测效率。

s3、将填充棒材5旋转拧入通孔6内，使得填充棒材5的拧入端的端面与基体2的外表面齐平，以形成一个完整的平面，完整的平面指的是填充棒材5与基体中的通孔紧密配合，使得填充棒材5的拧入端与基体2之间不存在间隙，填充棒材5的拧入端与基体2共同限定出一个用于喷涂的平面；其中，填充棒材5的拧入端指的是填充棒材5最先与通孔6的内螺纹接触的一端，相对应的，填充棒材5最后与通孔6的内螺纹接触的一端称为拧出端。

需说明的是，当填充棒材5的长度大于通孔6的深度时，即当填充棒材5拧入通孔6后，填充棒材5的拧入端高出基体的外表面，可采用磨削或车削的方式将填充棒材5的拧入端高出基体2外表面的部分去除，使得填充棒材5的拧入端与基体2的外表面齐平，以形成一个完整的且用于喷涂的平面。其中，通孔6的深度指的是基体2的厚度。

s4、对平面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层1；

s5、将填充棒材5从其拧出端拧出，使得填充棒材5的拧入端与涂层1的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷；其中，预设间距可根据实际实施条件进行合理的设置。

具体地，在本实施例中，通过对步骤s3中的平面依序进行喷砂及喷涂涂层1处理后，将填充棒材5从基体2的非喷涂面的一侧部分拧出，即可获得本申请中的人工脱粘缺陷，操作简便，且采用本申请提供的热喷涂涂层1人工脱粘缺陷试件的预制方法，人工缺陷的导热规律与真实脱粘缺陷更加接近，其导热效果与参考文献中所述人工脱粘缺陷相似，具体可参见图6，其中，基体2材料为45#钢，涂层1材料为3cr13合金涂层，喷涂方法为电弧喷涂；图6中的纵坐标表示的是实际温度值，横坐标表示时间，两条曲线均表示的是在脉冲闪光过程中两种不同的缺陷表面升温过程以及闪光后的降温过程，经比较，可发现升温过程很短暂，两种缺陷的最高温度也基本相同；降温过程有较大差异，盲孔降温慢，就是因为盲孔内部全部是空气，影响的热量的传导；而本发明制备的脱粘试样降温快，是因为脱粘缺陷下部有棒材填充，导热性能优于盲孔，因而本申请提供的热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法得到的人工脱粘缺陷与真实的脱粘缺陷更接近。

优选地，在将填充棒材5旋转拧入通孔6内之前，还包括：在填充棒材5的外螺纹7上涂覆有导热硅胶层，以提高螺纹连接处的导热能力，进而使得本申请提供的人工缺陷的导热规律与真实脱粘缺陷更加接近。除上述之外，还可在通孔6的内螺纹处涂覆有导热硅胶层。

进一步地，填充棒材5的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔8，以便于将填充棒材5从通孔6中拧出。在本实施例中，填充棒材5的拧出端设有六角扳手孔8，以方便扳手施力，进而方便将填充棒材5拧进或拧出通孔6，以有效实现人工模拟缺陷深度的任意调节。

优选地，喷涂的方式包括：火焰喷涂或电弧喷涂或等离子喷涂，具体可根据实际实施条件选择合适的喷涂方法。

优选地，涂层1可以为合金涂层或陶瓷涂层或合金-陶瓷涂层，也可以选用其它合理的材质，具体可根据实际实施条件选择合适的涂层材质。

具体地，对平面进行喷砂处理包括：通过喷砂装置利用压缩空气为动力，用形成的高速喷射束将喷料喷射在平面上；优选地，喷料包括：石英砂、钢砂、铜矿砂、玻璃砂、陶瓷砂中的一种或多种组合，具体可根据实际实施条件选择相应的喷料材质。

优选地，基体2及填充棒材5均采用45号钢制成，价格低廉，取材方便，且45号钢具有较高的强度、较好的切削加工性和较高的机械稳定性，利于维护脱粘缺陷试验的顺利进行。

如图4至图5所示，本发明还提供了一种采用上述热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法制备得到的脱粘缺陷试件，具体包括基体2、涂层1及填充棒材5，基体2设有通孔6，通孔6的内壁设有内螺纹，填充棒材5的外表面设有外螺纹7，外螺纹7与内螺纹配合连接，填充棒材5通过通孔6与基体2螺纹连接，大大降低通孔6与填充棒材5的配合难度，结构简单，装配简便，配合紧密性好且加工成本低；除上述之外，只需通过螺纹结构旋转填充棒材5即可实现人工模拟缺陷深度的任意调节，操作简便，利于提高试验检测效率；填充棒材5拧入通孔6后，填充棒材5的拧入端与基体2的外表面共同限定出一个完整的平面，涂层1喷涂在平面上，其中，填充棒材5的拧入端与基体2的外表面齐平。

进一步地，填充棒材5的拧出端设有与扳手配合使用的扳手孔8，以便于将填充棒材5从通孔6中拧出，具体地，涂层1制备完成后，从基体2非喷涂面(即靠近填充棒材5的拧出端的一面)通过扳手将填充棒材5拧出一定长度，即获得本文所述的人工脱粘缺陷。

综上所述，本发明提供了一种热喷涂涂层人工脱粘缺陷试件的预制方法，包括如下操作步骤：对基体加工出所需直径的通孔，并在通孔的内壁设有内螺纹；对预备的且与基体同质的材料进行加工，制备与通孔的尺寸相匹配的填充棒材，并在填充棒材的外表面设有与内螺纹配合使用的外螺纹；将填充棒材旋转拧入通孔内，并使得填充棒材的拧入端的端面与基体的外表面齐平，以形成一个完整的平面；对平面进行喷砂处理，并在喷砂后的表面喷涂涂层，最后将填充棒材从其拧出端拧出，使得填充棒材的拧入端与涂层的间距为预设间距，以获得人工脱粘缺陷，采用本申请提供的制备方法，人工缺陷的导热规律与真实脱粘缺陷更加接近，其导热效果与参考文献中所述人工脱粘缺陷相似，可靠性强。在喷涂之前，通过在基体中制备通孔并填充填充棒材，避免了喷涂后将涂层与基体界面浸入水质工作液，缩短了制备工序，降低了生产成本；同时采用螺纹结构实现填充棒材与通孔相结合，大大降低通孔与填充棒材的配合难度，结构简单，装配简便，配合紧密性好且加工成本低；另外，只需通过螺纹结构旋转填充棒材即可实现人工模拟缺陷深度的任意调节，操作简便，利于提高试验检测效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。